附加水质量对船体总振动固有频率影响的研究

摘要

船舶在营运过程中要受到各种激励的作用，比如螺旋桨、主机、海浪等，在这些激振力的作用下，船体结构将会产生不同程度的振动甚至是有害振动，有害振动不仅会影响到船上各种设备和仪表的正常工作，而且会使船上人员疲劳和不舒适，有时还会引起船体结构的损伤。因此，在船舶的设计阶段要对船体结构总振动和局部振动的固有频率进行准确预报，以正确的选择主机型号和螺旋桨参数，达到避免共振的目的。 在进行船体总振动预报时，通常都采用刘易斯的附加水理论对船体舷外水的影响进行计算，该方法简单实用，但在计算扭转振动的附加水质量时并不适用，为此，本文将探讨这一问题。本文首先介绍了船体总振动理论及刘易斯附加水理论，依据所介绍的理论，采用有限元分析软件ANSYS对一艘11800t的集装箱船进行了船体总振动计算，所得结果为之后的研究打下了基础。 本文基于流固耦合理论，即在进行船体总振动计算时，结构部分和舷外水部分都采用有限元法进行离散，分别对11800t的集装箱船、174000t的散货船和76000t的成品油船进行了总振动计算，将所得结果与利用刘易斯附加水理论计算得到的结果进行了比较分析，得出了利用刘易斯法计算附加水时求得的船体总振动固有频率的修正系数。 本文还对流固耦合计算中的流体范围的选取进行了计算和讨论，不仅验证了参考文献中的试验数据，而且也得出了更为合理的流体范围取值，提高了计算效率。各算例表明，本文得到的修正系数是准确可靠的，利用本文的结论可以提高船体总振动预报的效率和准确度。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1本文的研究意义

1.2国内外研究概况及发展趋势

1.3本文的主要研究内容

2刘易斯附加水理论在船体总振动计算中的应用

2.1引言

2.2船体总振动的类型及产生耦合振动的原因

2.3舷外水对船体总振动的影响及计算方法

2.3.1舷外水对船体总振动的影响

2.3.2刘易斯附加水理论简介

2.4船体总振动固有频率的计算方法简介

2.4.1近似方法

2.4.2能量法

2.4.3迁移矩阵法

2.4.4有限元法

2.5集装箱船的三维有限元模态分析

2.5.1全船三维有限元模型的分析方法

2.5.2船舶主尺度及计算工况

2.5.3模态分析方法介绍

2.5.4计算结果分析

2.5.5小结

3流固耦合方法在船体总振动计算中的应用

3.1引言

3.2流固耦合方程的建立

3.2.1流体运动方程

3.2.2结构运动方程

3.2.3流固耦合运动方程

3.3流体有限元法

3.4干模态法与湿模态法简介

3.4.1湿模态法

3.4.2干模态法

3.5算例

3.5.1计算模型的建立

3.5.2计算结果

3.5.3小结

4修正系数的提出及流体范围的讨论

4.1引言

4.2两种方法的结果比较及修正系数的提出

4.2.1固有频率计算结果比较

4.2.2修正系数的统计结果

4.2.3修正公式

4.3流固耦合计算中流体范围的讨论

4.3.1算例

4.3.2小结

5总结与展望

5.1主要工作总结

5.2论文工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢